產品介紹
SHFQC 量子測控一體機可以同時進行控制，讀取和快速反饋，多達 6 個超導量子比特。它集成了 SHFQA 量子分析儀 和 SHFSG 信號發生器，以及其他功能于一身。SHFQC 有 6 個信號發生器通道（用于控制）和一個量子分析儀通道（用于讀取），可以全面測控 6 個量子比特。 因為 SHFQC 集成了微波信號產生模塊和觸發分配單元，超快反饋延時低于300 ns，僅需要 8 根微波線就可以將它與制冷機連接，來搭建一套系統。因此，實驗系統可以用軟件控制，并可自由重新配置來匹配實驗的需求。
SHFQC 的每一個通道都有一個單獨的定序器，可以編程控制波形的相位和時序。由于其輸出頻率覆蓋直流到 8.5 GHz，單個通道即可控制或耦合量子比特，并且可以快速響應來自讀取端的輸入信號或其他控制通道的信號。讀取通道提供客戶可自定義的積分權重和讀取脈沖存儲單元，數量多達 8 個。 SHFQC-16W 升級選件可使數量翻倍，達到 16 個。這為讀取配置提供了更大的自由度，比如可以實時控制和讀取 6 個 qutrit。
SHFQC 多種高級功能于一身，比如實時示波器，快速掃頻，脈沖級定序等，幫助用戶實現更快地搭建系統，更高效地調諧和測量。
SHFQC 是我們蘇黎世儀器的 Quantum Computing Control System (QCCS) 量子計算測控系統的一部分。因此，同樣可以使用 LabOne QCCS 軟件 來操控，非常直觀和便捷。這也意味著，可以將SHFQC 與其他設備聯用，比如可以用 HDAWG 任意波形發生器 來產生的基帶控制信號。也可以將 SHFQC 集成到更大的系統，實現對 100 個以上的量子比特進行局部或全域的反饋以及量子糾錯協議。
應用領域
量子計算應用
· 控制量子比特，支持單量子比特門和多量子比特門
· 頻分復用讀取
· 單發色散讀取
· 快速量子比特和諧振腔譜測量和系統表征
· 實時，低延時反饋，支持全域內快速操作和量子糾錯協議
支持的量子比特類型
· 超導量子比特
· 自旋/超導諧振腔混合量子比特
· Qubits，qutrits 和 ququads
其他應用
· 放大器噪聲表征
· 微波系統校準
亮點
高保真量子比特操控和讀取
工作頻率高達 8.5 GHz，SHFQC 采用雙超外差上下變頻技術，而非 IQ 混頻方案，以濾波而非介入的形式實現頻譜純凈，因此它的工作頻段更寬，線性度更高。微波頻率合成器專為高保真量子比特控制和讀取而設計，低相噪和低抖動覆蓋所有的輸出頻率范圍。從而，SHFQC 可以輸出無雜散和穩定的信號，瞬時帶寬高達 1 GHz，無需混頻器校準，節約系統維護時間。
當用一根讀取線同時讀取多個量子比特時，如果雜散信號的頻率正好與量子比特讀取頻率接近，即使是微弱的雜散信號都可能干擾到量子比特的讀取信號。SHFQC 的超外差技術為，用于量子比特頻分復用讀取的，諧振腔的頻率設計爭取了更大的靈活性。另外，線性放大鏈路可以驅動單個或多個量子比特門，時間間隙小，無失真。SHFQC 集成的變頻技術可以確保量子比特測控以的保真度進行，實現量子處理器性能。
高效的工作流程和資源管理
SHFQC 的控制和讀取通道支持用最少量的波形產生最復雜的信號序列。用戶可以用描述波形參數的形式來定義需要的信號，以波形存儲空間的方式對 SHFQC 的信號發生器進行編程。對于具有多個量子比特的系統，需要多臺 SHFQC 時，這樣的方式可以確保復雜的調諧和校準步驟僅需的儀器通信時間即可完成。比如，支持循環和動態跳轉可以在 300 ns 內實現量子比特主動重置，也可以實現更加復雜的量子糾錯算法。實時的相位和頻率調控能力使 Z 門操控成為可能。 每個通道具有 100k 波形點的存儲空間，定序器支持 16k 個指令，采樣率 2 GSa/s。SHFQC 支持可自定義的多通道 AWG 信號，實現量子比特的精準測控。
快速高保真讀取
SHFQC 可以用脈沖信號來表征待測器件的幅度和相位傳輸特性。可用兩個方法來信噪比：脈沖整形和匹配濾波。脈沖整形基于任意讀取信號發生器，可以最小化上升沿和下降沿的振蕩，即使器件本身響應很慢。
待測器件的階躍響應可以通過 SHFQC 的數字濾波器的階躍響應來匹配，每個濾波器可編程一個 4 kSa 長（2 us 長）的積分權重函數。與簡單的未加權積分相比，使用匹配適當的濾波器可顯著提高 SNR。此外對于每個 qubit，實時分析鏈路可以鑒別多達 4 個狀態。
可擴展的系統方案
SHFQC 的設計可以操控 6 個頻率固定的 qubits/qutrits 或 5 個 ququads。如果要更好地支持其他類型的量子比特或集成到大型的量子系統，SHFQC 也可以很方便地與其他儀器互聯。比如，32位寬的 DIO VHDCI 接口延時很低，支持多量子比特態并行前饋到幾臺 HDAWG，實現快速量子比特重置或實時的 flux-pulse 控制。
對于量子比特數量稍多的系統，幾臺 SHFQC，SHFSG，SHFQA 和 HDAWG 可以組合起來，構成可擴展的 Quantum Computing Control System (QCCS) 量子測控系統。這種情況下，要用到我們研發的 ZSync 接口和 PQSC 可編程量子系統控制器把 SHFQC 與其他設備進行互聯。LabOne QCCS 控制軟件優化了儀器間的通信，簡化了協議執行。
PQSC 最多可以同步 18 臺儀器。這意味著調度所有 SHFSG 和 SHFQA 可以測控多達 128 個量子比特。如果僅用 SHFQC 的話，還可進行超快反饋算法，最多測控 108 個量子比特。 同步系統中所有設備的 PQSC 可以通過 LabOne QCCS 軟件或者 Python APIs 來編程控制。這樣用戶就可以按照需要來決定如何將它們集成到新的或已有的系統中。
功能圖解
指標
| 一般指標 | |
| 控制通道數量 | 6 個信號發生器通道 |
| 讀取通道數量 | 1 個量子分析儀通道 (1個輸出通道，1個輸入通道) |
| 尺寸 | 449 x 460 x 145 mm (19英寸標準機架) 17.6 x 18.1 x 5.7 inch |
| 重量 | 15 kg (33 lb) |
| 電源 | AC: 100-240 V, 50/60 Hz |
| 連接接口 | SMA 前后面板，用于觸發，信號和外接時鐘 32位寬 DIO 2 個 ZSync 接口 LAN/Ethernet, 1 Gbit/s USB 3.0 Maintenance USB |
| 信號發生器和信號輸出 | |
| RF輸出數量 | 6 |
| 頻率范圍 | DC - 8.5 GHz |
| 信號帶寬 | > 1 GHz |
| 輸出范圍 (dBm) | -30 dBm 到 10 dBm |
| 輸出阻抗 | 50 Ohm |
| 微波合成器數量 | 3 個(每通道對共享1個) |
| D/A 轉換 | 14-bit, 6 GSa/s (3倍內插后) |
| 輸出電壓噪聲密度 | -135 dBm/Hz (1 GHz，10 dBm，偏移 > 200 kHz) -140 dBm/Hz (4 GHz，10 dBm，偏移 > 200 kHz) -144 dBm/Hz (6 GHz，10 dBm，偏移 > 200 kHz) -144 dBm/Hz (8 GHz，10 dBm，偏移 > 200 kHz) |
| 輸出相位噪聲 | -90 dBc/Hz (6 GHz，載波偏移 1 kHz) -98 dBc/Hz (6 GHz，載波偏移 10 kHz) -100 dBc/Hz (6 GHz，載波偏移 100 kHz) |
| 輸出電壓準度 | ±(設置值的1 dBm) |
| 無雜散動態范圍 (不含諧波) | 74 dBc (1 GHz， 0 dBm) 66 dBc (4 GHz，0 dBm) 60 dBc (6 GHz，0 dBm) 65 dBc (8 GHz，0 dBm) |
| 輸出最差諧波強度 | -40 dBc (1 GHz, 10 dBm) -40 dBc (4 GHz, 10 dBm) -38 dBc (6 GHz, 10 dBm) -36 dBc (8 GHz, 10 dBm) |
| 波形生成 | |
| AWG 內核 | 每通道1個 |
| 波形垂直分辨率 | 14-bit 模擬 + 2-bit 數字標記 |
| 波形存儲 | 每通道 98 kSa |
| 定序器指令長度 | 每個 AWG 內核 16k 指令 |
| AWG 采樣率 | 2 GSa/s |
| 最小波形長度 | 32 Sa |
| 量子分析儀信號輸出 | |
| RF 輸出數量 | 1 |
| 頻率范圍 | 0.5 - 8.5 GHz |
| 信號帶寬 | > 1 GHz |
| 輸出范圍（dBm） | -30 dBm to 10 dBm |
| 輸出電壓噪聲 | 14.1 nV/sqrt(Hz) (@ 6 GHz) |
| 輸出阻抗 | 50 Ohm |
| 微波合成器數量 | 1 (與輸入通道共享) |
| D/A 轉換 | 14-bit, 6 GSa/s (3倍內插后) |
| 輸出電壓噪聲密度 | -135 dBm/Hz (1 GHz，10 dBm，偏移 > 200 kHz) -140 dBm/Hz (4 GHz，10 dBm，偏移 > 200 kHz) -144 dBm/Hz (6 GHz，10 dBm，偏移 > 200 kHz) -144 dBm/Hz (8 GHz，10 dBm，偏移 > 200 kHz) |
| 輸出相位噪聲 | -90 dBc/Hz (6 GHz， 載波偏移 1 kHz) -98 dBc/Hz (6 GHz， 載波偏移 10 kHz) -100 dBc/Hz (6 GHz， 載波偏移 100 kHz) |
| 輸出電壓準度 | ±(設置值的 1 dBm) |
| 無雜散動態范圍 (不含諧波) | 74 dBc (1 GHz，0 dBm) 66 dBc (4 GHz，0 dBm) 60 dBc (6 GHz，0 dBm) 65 dBc (8 GHz，0 dBm) |
| 輸出最差諧波強度 | -40 dBc (1 GHz，10 dBm) -40 dBc (4 GHz，10 dBm) -38 dBc (6 GHz，10 dBm) -36 dBc (8 GHz，10 dBm) |
| 讀取脈沖發生器 | |
| 讀取脈沖發生器數量 | 1 |
| 定序能力 | 高級定序，支持循環和動態跳轉，高級觸發控制，時間交錯讀取 |
| 波形存儲單元1 | 每通道 8 個單元，一共 32 kSa 存儲 或者 16 個單元，一共 64 kSa 存儲 (需要 SHFQC-16W 選件) |
| 振蕩器 | 1 (spectroscopy 模式下可配置) |
| 量子分析儀信號輸入 | |
| RF 輸入數量 | 1 |
| 頻率范圍 | 0.5 - 8.5 GHz |
| 信號帶寬 | > 1 GHz |
| 輸出阻抗 | 50 Ohm |
| 微波合成器數量 | 1 (與輸出通道共享) |
| 輸入電壓噪聲 | 1.1 nV/√Hz (@ 3 GHz) |
| 輸入量程 (dBm) | -50 dBm 到10 dBm (校準后) |
| A/D 轉換 | 14-bit，4 GSa/s |
| 量子比特測量單元 | |
| 匹配濾波器 | 每通道 8 個單元1，一共 32 kSa 存儲 或者 16 個單元，一共 64 kSa 存儲 (需要 SHFQC-16W 選件) |
| 多態鑒別 | 最多4個鑒別器 |
| 反饋延遲 | 300 ns (個采樣點進入到個采樣點輸出) |
| 數據記錄器 | 存儲: 220 點，平均次數 217 |
| 示波器 | 存儲: 單通道時， 219 復值采樣點； 2通道時， 218 復值采樣點；3或4通道時， 217 復值采樣點 |
| 數字標記和觸發 | |
| 數字標記輸出 | 8 個 (每輸出/輸入通道各一個)，SMA 前面板 |
| 數字標記輸出電壓 | 0 V (低)，3.3 V (高) |
| 數字標記輸出阻抗 | 50 Ohm |
| 數字標志輸出上升沿時間 | 300 ps (20% to 80%) |
| 觸發輸入 | 8個 (每輸出/輸入通道各一個)，SMA 前面板 |
| 觸發輸入阻抗 | 50 Ohm / 1 kOhm |
| 1 所有的存儲單元均可自由配置和觸發。每個單元對應4096個復值采樣點。 | |
